(设备管理)第九章输入输出设备

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计算机系统由硬件系统和软件系统组成

硬件系统

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计算机系统由硬件系统和软件系统组成。

计算机硬件系统：指构成计算机的所有物理部件的集合。从外观上看，由主机、输入和输出设备组成。根据冯·诺依曼原理，将计算机分成输入设备、存储设备、运算器、控制器和输出设备。

输入设备：使计算机从外部获得信息的设备，包括文字、图像、声音等信息。常用的输入设备有键盘、鼠标、扫描仪、话筒、手写汉字输入设备，数码相机、触摸屏等。

输出设备：计算机中把信息处理的结果以人们能够识别的形式表现出来的设备。常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪。

存储器：计算机的记忆和存储部件，用来存放信息。存储器分为内存和外存。

内存：存储程序和数据，又可分为只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM）。

区别类别对信息的修改断电后信息情况用途

ROM 只读不丢失永久存放特殊专用信息

RAM 可读、可写全部丢失存放临时程序和数据

外存：长期存储程序和数据，容量大。主要有三种：软盘、硬盘和光盘。硬盘是一种硬质圆形磁表面存储媒体，不但存储量大，而且速度快，是目前计算机主要的存储设备。按光盘读/写功能来分：只读（CD-ROM）、一写多读（CD-R）和可擦型光盘。

存储容量：基本单位是字节（Byte）,一个字节由八位二进制数（Bit）组成。为了表示方便，还有千字节（KB）、兆字节（MB）、吉字节（GB）。

换算关系：1KB=210B=1024B 1MB=210KB=1024KB 1GB=210MB=1024MB

计算机操作系统教程第九章外部设备管理

计算机操作系统教程第九章外部设备

管理

1.设备管理的目标和功能是什么?

答：设备管理的目标是：选择和分配输入/输出设备以便进行数据传输操作；控制输入/

输出设备和CPU(或内存)之间交换数据，为用户提供一个友好的透明接口，提高设备和设备

之间、CPU和设备之间，以及进程和进程之间的并行操作，以使操作系统

获得最佳效率。

设备管理的功能是：提供和进程管理系统的接口；进行设备分配；实现设

备和设备、设备和

CPU等之间的并行操作；进行缓冲区管理。

2.数据传送控制方式有哪几种?试比较它们各自的优缺点。

答：数据传送控制方式有程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式和

通道方式4种。

程序直接控制方式就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间

的数据传送。它

的优点是控制简单，也不需要多少硬件支持。它的缺点是CPU和外围设备

只能串行工作；

设备之间只能串行工作,无法发现和处理由于设备或其他硬件所产生的错误。

中断控制方式是利用向CPU发送中断的方式控制外围设备和CPU之间的数

据传送。它的优

点是大大提高了CPU的利用率且能支持多道程序和设备的并行操作。它的

缺点是由于数据

缓冲寄存器比较小，如果中断次数较多，仍然占用了大量CPU时间；在外

围设备较多时，

由于中断次数的急剧增加，可能造成CPU无法响应中断而出现中断丢失的

现象；如果外围

设备速度比较快，可能会出现CPU来不及从数据缓冲寄存器中取走数据而

丢失数据的情况。

DMA方式是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路进行数据传送。它的优点是除

了在数据块传送开始时需要CPU的启动指令，在整个数据块传送结束时需

软件技术基础-OS设备管理课件(PPT43张)

缓冲池管理过程（以输入为例）
收容
putbuf（inq，hin） inq
getbuf（inq） sin
输入输出设备
输入
hin
getbuf（emq）
…
提取输入
putbuf（emq，sin） emq …
putbuf（emq，sout）
getbuf（emq） outq … hout putbuf（outq，hout）收容输出
三、I/O 系统的结构 1.微机I/O系统 CPU通过总线与设备控制器相连接，设备制器是CPU 与设备之间的接口。 2.主机I/O系统使用I/O通道（I/O处理机），实现对设备控制器的控制。控
1、微机I/O系统基于总线的微机硬件体系共享总线设备与CPU之间的通信通过设备控制器进行
总线
2.5 设备管理
且与硬件的关系最密切。
2.5 设备管理设备管理是操作系统最基本、最繁杂的组成部分。
2.5.1 设备管理概述
一、I/O设备及分类 I/O设备
外设按功能分为两类 {
I/O设备
存储设备
输入设备 — 模拟信号输出设备 — 数字信号
数字信号（A/D转换）模拟信号（D/A转换）
2.5.2 数据传送控制方式
本节讨论CPU 通过设备控制器来控制数据I/O的方式。

设备管理ppt课件

访问内存（读、写）
计数器减1
N
结束否
Y
发中断
DMA的实现流程
4. 缓冲技术
（1）缓冲技术的引入凡是数据到达和离去速度不匹配的地方均可采用缓冲技术。在操作系统中采用缓冲是为了实现数据的 I/O操作，以缓解CPU与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高资源利用率
减少了I/O设备对处理器的中断请求次数简化了中断机制节省了系统开销
二、I/O软件系统
I／O软件的基本思想是按分层的思想构成，较低层软件要使较高层软件独立于硬件的特性，较高层软件则要向用户提供一个友好的、清晰的、简单的、功能更强的接口
1. I／O软件系统的目标
设备独立性。用户在编写使用软盘或硬盘上文件的程序时，无需为不同的设备类型而修改程序就可以使用
（5）硬件层实现物理I／O的操作
三、设备管理有关技术 1.Spooling技术
一个虚拟设备一个资源转换技术（用空间换取CPU时间）
2.通道技术
（1）定义：通道是独立于CPU的专门负责数据输入/输出传输工作的处理机，对外部设备实现统一管理，代替CPU对输入/输出操作进行控制，从而使输入，输出操作可与CPU并行操作。可以执行通道程序
（2）引入通道的目的
为了使CPU从I/O事务中解脱出来，同时为了提高CPU与设备，设备与设备之间的并行工作能力

设备管理第九章设备的更新和改造

（2）严重浪费能源的设备，企业中使用的设备有不少是电老虎、油老虎，这些设备应作为更新改造的重点。其中有些是报废型的产品，有些虽是未报废型，但超过有关规定的指标。对于能耗大的动力设备，按规定能源利用率低于以下界限，就必须进行更新和改造。
9.3 设备更新与改造的重点及有效途径
必须进行更新和改造的设备包括：
产能力。
按年分摊固定资产价值的比率，称为固定资产的年折旧率。折旧率的大小与设备的价值、大修费用、现代化改装费用、残值和预计使用的年限等因素有关。
9.2 设备的折旧与选择
3、折旧率的计算方法较多，下面介绍几种。 A、直线折旧法
目前使用最广泛的是直线折旧法。这种方法是在设备使用年限内，平均地分摊设备的价值。
的严重形磨损而物理上不能继续使用的旧的机器设备，主要解决设备损坏问题； • 另一种更新则是以结构更先进、技术更完善、效率更高；性能更好、耗费能源和原材料更少的新型设备，来代替那些技术陈旧，经济不上不宜继续使用的设备。
– 如沈阳水泵厂研制生产出一批节电水泵，供大庆油田更新陈旧的200 台注水泵，运行一年可节电3.6亿度，而更新这些水泵的费用只需1300 万元，说明搞好设备更新，可以为国家增加更多的财政收入，促进经济的发展。
9.3 设备更新与改造的重点及有效途径
(3)经过经济分析、评价，经济效益太差的设备
①设备损耗严重，大修后性能不能满足规定工艺要求的设备。 ②设备损耗虽在允许范围之内，但技术上已陈旧落后，技术经济效果很差的设备。 ③设备服役时间过长，大修虽能恢复技术性能，但经济上不如更新的设备。 ④严重污染环境和不能保证生产安全的设备，对那些跑、冒、滴、漏严重的老旧设备，要优先考虑，因为它污染环境，影响人民身体健康，危及工农业生产。 ⑤操作人员工作条件太差，劳动强度大，机械化自动化程度太低的设备。

第九章常见输入输出设备

第九章常见输入/输出设备
•
鼠标
• （1)鼠标引起的异常关机 • 故障现象：一台计算机每次移动鼠标，就会异常掉电关机。 • 故障分析与处理：经分析后，觉得电源故障的可能性很大，有的劣质电源在光驱起动的瞬间由于电流突然加大而很容易产生掉电。于是换上一个好的长城电源，但现象如故，然后陆续换了显卡、CPU、主板等都无法解决问题，用杀毒软件进行查毒，也没有发现病毒。 • 开机再仔细观察，发现进入系统后不动鼠标就没问题，移动鼠标计算机就会关机，立刻拿新鼠标换上，开机运行后一切正常。 • 仔细检查鼠标，发现原来鼠标里有几条细导线的绝缘层已经严重破损，露出了里面包着的金属丝，而且有的部分纠缠在一起，估计造成这种奇怪故障的原因就是它们短路所致。将几条细导线分别理好，用绝缘胶布粘好后故障排除。 • （2)鼠标指针不能和鼠标很好同步 • （3)鼠标间歇性反应 • （4)鼠标只能水平移动 • （5)鼠标指针跳动
• 打印机是计算机的输出设备之一,用来打印程序结果,图形和文字资料等，以便长期保留和反复阅读。
• 9.3.1 打印机的分类
• 针式打印机 • 喷墨打印机 • 激光打印机
第九章常见输入/输出设备
图9-11 图9-10 针式打印机
喷墨打印机
图9-12
激光打印机
第九章常见输入/输出设备
爱普生 Stylus photo R310照片打印机

操作系统原理-第九章设备管理习题(有答案)

第七章设备管理习题

7.3习题

7.3.1、选择最合适的答案

1．在下面的I/O控制方式中，需要CPU干预最少的方式是（）。

（A）程序I/O方式

（B）中断驱动I/O控制方式

（C）直接存储器访问DMA控制方式

（D）I/O通道控制方式

2．某操作系统中，采用中断驱动I/O控制方式，设中断时，CPU用1ms来处理中断请求，其它时间CPU完全用来计算，若系统时钟中断频率为100H Z，则，CPU的利用率为（）。

（A）60% （B）70%

（C）80% （D）90%

3．下列哪一条不是磁盘设备的特点（）。

（A）传输速率较高，以数据块为传输单位

（B）一段时间内只允许一个用户（进程）访问

（C）I/O控制方式常采用DMA方式

（D）可以寻址，随机地读/写任意数据块

4．利用通道实现了（）之间数据的快速传输。

（A）CPU和外设（B）内存和CPU

（C）内存和外设（D）外设和外设

5．假脱机技术中，对打印机的操作实际上是用对磁盘存储实现的，用以替代打印机的部分是指（）。

（A）共享设备（B）独占设备

（C）虚拟设备（D）物理设备

6．设从磁盘将一块数据传送到缓冲区所用时间为80μs，将缓冲区中数据传送到用户区所用时间为40μs，CPU处理数据所用时间为30μs，则处理该数据，采用单缓冲传送某磁盘数据，系统所用总时间为（）。

（A）120μs （B）110μs

（C）150μs （D）70μs

7．对于速率为9.6KB/s的数据通信来说，如果说设置一个具有8位的缓冲寄存器，则CPU中断时间和响应时间大约分别为（）。

（A）0.8ms，0.8ms （B）8ms，1ms

计算机组成原理9章：输入输出系统

§1 概述
一、I/O系统的发展和分类 1、分类（1）外存（2）常规wk.baidu.com/O设备（3）自控、程控和各种检测设备（工厂）（4）数据通信设备和远程终端（网络） 2、发展（1）早期的I/O设备比较简单，每个设备都有一套独立的线路与CPU相连，完全受CPU控制，与CPU串行工作。由于它们独自与CPU相连，设备的增删都较为困难。（２）于是出现了接口模块。（如下图）从图中可以看出：每一个设备通过接口电路与CPU相连。设备与CPU交换信息时，以中断方式进行，提高了CPU的效率，但仍需CPU干预。
3、DMA接口的组成及功能（1）功能：指挥某台I/O设备完成操作；指出被传送信息在主存的首地址；指出要传送的字节数。（2）组成 ①IOCR：I/O控制寄存器，来自CPU的命令码，设备码，来自I/O设备的状态字。 ②IOAR：I/O地址寄存器，要交换信息在内存的首地址，自动加1 ③WC：字计数器，存放要成批交换的数据的个数，自动减1 ④IOIR：准备与内存交换的信息 ⑤BC：字节计数器，一次只能传送一个字节时用。 ⑥控制逻辑以上各部分组成DMAC 4、DMA工作过程（1）I/O指令→IOCR,命令码启动DMA，设备码选中所需设备（2）DMA启动后，赋初值：内存首址→IOCR，交换字数→WC (字节→BC)，有关状态及控制信息→DMA （3）被启动的设备准备就绪，向CPU发DMA请求，CPU响应，便交换数据。（4）从I/O接口输入一数据（从内存输出一数据）到IOIR，IOARMAR， IOIR→MIR ,完成一个数据的传送，同时修改IOAR和WC（BC）（5）又一数据从I/O接口（从内存）→IOIR，重复（4），直到所有数据传送完毕。

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9.4缓冲技术（buffering）
§一缓冲技术的引入缓冲技术：缓冲技术是用来在两种不同速度设备之间传输信息时平滑传输过程的常用手段。
在操作系统中引入缓冲技术的主要原因：
1.是为了缓和CPU与I/O设备之间速度不匹配的矛盾。
•
2 当外设种类较多时，中断次数较多，可能造成CPU无法响应中断而丢
失数据。
• 3 当外设处理速度较快时，也可能数据丢失。
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•3 DMA方式
•DMA( direct memory access)又称直接存取方式。在系统中加入DMA控制器， DMA控制器中包括控制状态寄存器，数据缓冲寄存器，传送字节计数器和内存地址寄存器。
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9.5 设备分配
§ 1、设备分配的数据结构
§ （1）设备控制表(DCT device control table)：反映设备的特性、设备和I/O控制器的连接情况。包括设备标识、使用状态和等待使用该设备的进程队列等。系统中每个设备都有一张DCT。内容如下：
•7 中断屏蔽：在中断请求产生后，系统用软件方法有选择的封锁部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应。

设备管理培训课件(PPT 40张)

linux操作系统华软软件学院电子系
P14
外设与主机的I/O控制方式
►通道方式
n 通道是一个独立于CPU的专管输入输出控制的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换。 n 通道有自己的通道指令，由通道指令构成通道程序。由CPU启动通道工作，通道通过执行通道程序控制数据传输，并在操作结束时向CPU发中断信号，由CPU进行传输结束中断处理通道。
P16
控制器
►屏蔽访问设备的具体的时序； ►CPU操作控制器，提供命令和数据给控制器，由控制器操纵IO设备 ►现有的大多数控制器由以下三部分组成：
n 控制器与CPU接口：用于实现控制器与CPU之间的通信，该接口有三类信号线分别为数据线、地址线、控制线 n 设备控制器与设备接口：一个控制器可以连接一台或多台设备，相应有一个或多个接口，每个接口连接一台设备 n I/O逻辑：用于对I/O进行控制
等待进程队列 …
控制器控制表CUCB 控制器标识控制忙／闲标记 CCB指针控制器等待队列首控制器等待队列尾 … linux操作系统
…
华软软件学院电子系
P22
UCB数据结构
► Struct devtab { ► int dvid; //设备标识 ► int dvadd; //设备地址 ► int *dvec; //中断向量 ► int *dvbuf; //缓冲区指针 ► int *dvque; //等待队列 ► int (*dvinit)(); //初始化 ► int (*dvopen)(); //打开 int (*dvclose)(); //设备关闭 int (*dvread) (); //设备读 int (*dvwrite) (); //设备写 int (*dvseek) (); //设备查询 int (*dvcntl) (); //设备控制 int (*dvgetc) (); //取字符 int (*dvputc) (); //送字符 }dct[ ];

《计算机组成原理》课程复习大纲

《计算机组成原理》课程考试复习大纲

一、考试要求

本课程是一门专业课，要求学生在学完本课程后，能够牢固掌握本课程的基本知识，并具有应用所学知识说明和处理实际问题的能力。据此，本课程的考试着重基本知识考查和应用能力考查两个方面，包括识记、理解、应用三个层次。各层次含义如下：识记：指学习后应当记住的内容，包括概念、原则、方法的含义等。这是最低层次的要求。

理解：指在识记的基础上，全面把握基本概念、基本原则、基本方法，并能表达其基本内容和基本原理，能够分析和说明相关问题的区别与联系。这是较高层次的要求。

应用：指能够用学习过的知识分析、计算和处理涉及一两个知识点或多个知识点的会计问题，包括简单应用和综合应用。

二、考试方式

闭卷笔试，时间120分钟

三、考试题型

●选择题：15％

●填空题：30％

●应用题：25％

●计算题：30％

四、考核的内容和要求（基本要求、重点、难点）

1.第一章概述

1.1 计算机的定义和特性：掌握

1.2 计算机的发展历程：了解

1.3 计算机的组成与结构：重点掌握

1.4 计算机的分类与应用：一般了解

2.第二章数据的表示

2.1 数据、信息和媒体：了解概念

2.2 数字化信息编码：了解概念

2.3 数值数据的编码表示：熟练掌握各种进位制之间的等值转换；掌握定点与浮点

表示的概念、方法和特点；熟练掌握原码、补码和反码的定义、表示方法和特点，尤其是补码；了解无符号数的表示；掌握浮点数的编码表示；掌握BCD码的作用和编码方法。

2.4 非数值数据的编码表示：了解

2.5 二进制信息的计量单位：掌握

2.6 数据校验码：掌握校验码的作用及奇偶校验码。

信息技术基础知识考试题库

1. 计算机的五大基本组成部分是什么？

计算机的五大基本组成部分包括：

•中央处理器（CPU）：负责执行所有的计算任务和控制计算机的操作。

•存储器（内存）：用于存储数据、程序和指令。

•输入设备：用于将外部数据输入到计算机中，例如键盘、鼠标和触摸屏。

•输出设备：用于将计算机处理后的数据输出，例如显示器、打印机和音频设备。

•控制器（主板）：负责将各个组件进行协调和控制。

2. 什么是操作系统？它的主要功能是什么？

操作系统是计算机系统中的核心软件，它负责管理和控制计算机的硬件资源，

并提供一些常用的服务和功能。

操作系统的主要功能包括：

•进程管理：负责创建、终止和调度进程，以及管理进程间的通信和同步。

•内存管理：负责分配和回收内存，并管理页面置换和虚拟内存等技术。

•文件系统管理：负责文件的组织和管理，包括文件的存储、读取、写入和删除等操作。

•设备管理：负责管理和控制计算机的各种设备，包括输入输出设备、存储设备和通信设备等。

•用户界面：提供与用户交互的方式，例如图形界面和命令行界面。

3. 什么是网络协议？列举一些常用的网络协议。

网络协议是用于在计算机网络中进行通信和数据交换的规则和约定。它定义了

数据的格式、编码、传输方式和错误纠正等细节。

一些常用的网络协议包括：

•TCP/IP：用于互联网和局域网的通信协议，它包括了TCP（传输控制协议）和IP（网际协议）等子协议。

•HTTP：用于在Web浏览器和Web服务器之间传输超文本的协议。

•FTP：用于在计算机之间传输文件的协议。

•SMTP：用于在邮件客户端和邮件服务器之间传输电子邮件的协议。

第九章输入输出设备

1.按功能分类，外部设备大致能够分为〔输进设备〕〔输出设备〕和〔输进输出兼用设备〕

2.输进设备的作用是将〔外部信息〕以一定的数据格式送进〔系统内存〕答案：、

3.输进设备和输出设备统称为〔外设〕，通常通过〔输进输出接口〕与主机相连接

4.输进设备分为〔图形〕输进设备、〔图像〕输进设备、〔语音〕输进设备几类

5.输出设备的作用是将〔计算机的处理结果〕提需求〔外界〕

6.每一种外设根基上在它自己的〔设备操纵器〕操纵下工作，而〔、适配器〕因此是通过

〔〕和〔〕相连接并受〔主机〕操纵

7.常用的按键有〔机械触点〕式、薄膜式和〔电容〕式。其中〔电容〕式键开关无触点，

简单可靠，使用寿命长

8.鼠标器要紧有〔机械〕式和〔光电〕式两种，后者需要特制的网格板与鼠标配合使用

9.光笔能够与〔屏幕〕上光标配合画出或修改图形，是一种定位输进设备

10.按显示器件分类，显示器有〔阴极射线管显示器〕〔CRT〕〔液晶显示器〕〔LCD〕和等离

子显示器

11.显示器的要紧性能指标是图像的〔分辨率〕和〔灰度级〕。前者的值越高，显示的图像

就越清晰

12.液晶显示器的要紧工作电压〔低〕、功耗〔低〕、体积小、重量轻、常用作便携式设备的

显示器

13.字符显示器的操纵逻辑电路的功能包括〔显示操纵〕〔同步操纵〕〔消隐〕和〔光标操纵〕

14.不同CRT显示标准所支持的最大〔分辨率〕和〔颜色〕数目是〔不同〕的.

15.按所显示的信息内容分类，显示器能够分为〔字符〕显示器、〔图形〕显示器和〔图像〕

显示器三类

16.CRT显示器上构成图像的最小单元称为〔像素〕

17.常用的打印设备有〔点阵式〕打印机、〔宽行〕打印机、〔激光〕打印机、〔彩色喷墨〕

教学课件第九章设备管理

按信息交换方式，可以把通道分为：
• 字节多路通道→强调在数据的传输过程当中，以字节作为传输数据的基本单位。
• 选择通道→选择一个固定的通道并一直为它服务。 • 数组多路通道→强调的是：数据的传输以一个数组为基本单位。
第九章设备管理
通道指令一般包含数据在内存中的地址，传送方向，数据块长度及I/O设备的地址信息，特征信息。
中断控制方式的优缺点：
与程序直接控制方式相比，中断方式使CPU的利用率大幅提高了。设备每输入/输出一个数据都要求中断CPU,这样在一次数据传送过程中，中断发生次数较多，耗去大量CPU处理时间。
第九章设备管理
9.2.3 直接存储器存取方式
在DMA方式中，I/O控制器具有更强的功能。它除了具有上述中断功能外，还有一个 DMA控制机构。在DMA控制器控制下，设备和主存之间可成批地进行数据交换，而不用CPU干预。这样大大减轻了CPU的负担，也使I/O数据传送速度大大提高。
第九章设备管理
9.2.2 中断控制方式
就是为了减少CPU和外部设备进行传递信息时完全由CPU来进行控制的这种局面而引入的。
在I/O中断方式下，数据的输入按如下步骤操作。Байду номын сангаас
• 需要数据的进程通过CPU发出启动外设输入数据的指令，该指令同时置状态寄存器的中断允许位。
• 在进程发出指令启动设备之后，该进程放弃CPU,等待输入完成。这时进程调度程序可以调度其他就绪进程占据CPU。

操作系统-设备管理

通道价格昂贵，通道数量势必减少。这往往又使它成了I/O的瓶颈，从而造成整个系统吞吐量的下降。假设设备1至设备4是四个磁盘，为了启动磁盘4，必须用通道1和控制2；但若这两者已被其他设备占用，必然无法启动磁盘4。
27
瓶颈问题的解决
通道1 存储器
通道2
控制器1 控制器2
I/ O设备 I/ O设备 I/ O设备 I/ O设备
方便控制：方便OS内部对设备的控制：增加和删除设备，适应新的设备类型。
5
设备管理的目的和功能
外设管理功能
设备分配和释放：使用设备前，需要分配设备和相应的通道、控制器。
设备的访问和控制：包括并发访问和差错处理。 I/O缓冲和调度：目标是提高I/O访问效率（主要是
磁盘）。
6
7
A1B1C1…A2B2C2…
A1A2A3…子通道A 控制器A
设备
B1B2B3…子通道B 控制器B
C1C2C3…子通道C 控制器C
…
控制器D N1N2N3…子通道N 控制器N
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数组选择通道字节多路通道不适合连接高速设备数组选择通道可以连接多台高速设备该通道只含有一个分配型子通道这种通道的利用率很低
控制器与处理机接口该接口用于实现CPU与设备控制器之间的通信。
控制器与设备接口可以连接一个或多个设备。在每个接口中都存在数据、控制和状态三种类型的信号。控制器中的I/O逻辑根据处理机发来的地址信号去选择一个设备接口。